Modulazione della permeabilità della barriera emato-encefalica come strategia terapeutica per aumentare il trasporto paracellulare di glucosio nei pazienti affetti da sindrome da deficit di GLUT1

Abstract

La sindrome da deficit di GLUT1 (Glut1DS) è una rara encefalopatia metabolica causata da mutazioni del gene SLC2A1 che codifica per GLUT1, trasportatore di glucosio altamente espresso sulle cellule endoteliali della barriera emato-encefalica (BEE). La neuroglicopenia che ne consegue si rende responsabile di un quadro clinico caratterizzato da epilessia farmacoresistente a esordio precoce, ritardo del neurosviluppo e disturbi del movimento. L'attuale gold standard terapeutico è la dieta chetogenica, che fornisce corpi chetonici come substrato energetico alternativo; tuttavia, essa presenta limiti significativi in termini di compliance, efficacia a lungo termine e tollerabilità.

Il presente lavoro esplora una strategia terapeutica alternativa, basata sulla modulazione farmacologica della permeabilità paracellulare della BEE attraverso l'impiego di un peptide in grado di interferire con la permeabilità paracellulare. Esso è stato identificato in silico come competitore del dominio extracellulare della claudina-5 (CLDN5), la principale componente proteica espressa a livello delle tight junctions (TJ) dell'endotelio cerebrale. L'ipotesi è che una modulazione transitoria e reversibile delle TJ possa incrementare il trasporto paracellulare di glucosio verso il parenchima cerebrale, compensando almeno parzialmente il deficit di GLUT1.

Il peptide candidato, qui chiamato ST9, è stato caratterizzato su un modello bidimensionale di BEE in mono-coltura (cellule bEnd.3 su inserti Transwell) mediante misurazioni di resistenza elettrica trans-endoteliale (TEER), Western blot, immunofluorescenza, live/dead assay e saggi di permeabilità con FITC-destrano e D-glucosio.

I risultati ottenuti forniscono le prime evidenze sperimentali in vitro della capacità di ST9 di modulare la permeabilità della BEE, aprendo la strada allo sviluppo di nuovi approcci terapeutici per la Glut1DS.

GLUT1 Deficiency Syndrome (Glut1DS) is a rare metabolic encephalopathy caused by mutations in the SLC2A1 gene, which encodes GLUT1, a glucose transporter highly expressed on the endothelial cells of the blood-brain barrier (BBB). The resulting neuroglycopenia underlies a clinical picture characterized by early-onset drug-resistant epilepsy, neurodevelopmental delay, and movement disorders. The current therapeutic gold standard is the ketogenic diet, which provides ketone bodies as an alternative energy substrate; however, it presents significant limitations in terms of compliance, long-term efficacy, and tolerability.

The present work explores an alternative therapeutic strategy based on the pharmacological modulation of BBB paracellular permeability through the use of a peptide capable of interfering with paracellular transport. It was identified in silico as a competitor of the extracellular domain of claudin-5 (CLDN5), the main protein component expressed at the tight junctions (TJ) of the cerebral endothelium. The hypothesis is that transient and reversible modulation of the TJ could enhance the paracellular transport of glucose toward the brain parenchyma, at least partially compensating for the GLUT1 deficit.

The candidate peptide, referred to here as ST9, was characterized using a two-dimensional monoculture BBB model (bEnd.3 cells on Transwell inserts) through trans-endothelial electrical resistance (TEER) measurements, Western blot, immunofluorescence, live/dead assay, and permeability assays with FITC-dextran and D-glucose.

The results obtained provide the first in vitro experimental evidence of ST9's ability to modulate BBB permeability, paving the way for the development of novel therapeutic approaches for Glut1DS.